표준연 안전측정센터 권일범 책임연구원국내 연구진이 항공우주 구조물에 사용하는 복합재료 내부의 손상을 정확하게 검출하는 기술을 개발했다.
한국표준과학연구원(KRISS)은 권일범 박사팀이 복합재료에 광섬유를 매설하고 변형 패턴을 측정함으로써 손상을 파악하는 ’광섬유 감지 신경망 기술’을 세계 최초로 개발했다고 7일 밝혔다.
두 재료 이상을 조합한 복합재료는 가볍고 높은 강성을 갖고 있어 항공우주 구조물을 비롯해 자동차, 선박 등의 재료로 각광받고 있는데 물리적 강도가 일정하지 않은 복합재료의 특성상 한번 손상이 발생하면 정확한 손상부위를 찾아 수리하기 어렵다는 문제점이 있다.
우주선 발사체에는 탄소섬유로 강화된 복합재료를 사용하는데 충격을 받아도 내부에만 손상을 입고 표면은 복구해 드러나지 않아 이를 검출하지 못한 상태에서 발사되면 손상된 부분으로 압력이 분출돼 폭발사고 등이 발생할 수 있다.
기존의 경우 복합재료의 손상을 검출하기 위해 일일이 초음파 및 방사선 촬영으로 내부 손상을 영상화했는데 이 방법은 손상에 대한 신호를 얻는 과정에서 오류가 발생하면 정확한 정보를 얻을 수 없고 많은 부수장치와 노동력, 시간이 필요하다는 큰 단점이 있다.
연구팀은 복합재료에 알루미늄 코팅 광섬유를 매설하고 손상이 발생하면 재료의 변형 패턴이 광섬유에 남도록 설계했고 그 다음 광섬유의 변형률 측정을 위한 BOCDA(Brillouin Optical Corelation Domain Analysis) 센서 시스템을 구성해 정확한 손상 위치와 정도를 검출했다.
연구팀은 적층 만드는 복합재료 실린더의 제작 당시 광섬유를 일정한 간격으로 실린더에 감아 매설한 후 충격에 의한 영향을 탐지한 결과 손상 위치 및 정도를 정확하게 검출하는데 성공했다.
복합재료의 손상을 정확하고 손쉽게 검출하는 이번 기술은 우주 발사체 추진기관, 중대형 산업 설비 및 조선해양 분야에서 대형 구조물의 안전성 검사를 위한 측정기술로 넓게 활용될 수 있고 복합재료의 안전성을 확보함으로써 항공우주 구조물 및 자동차 등 산업 전반에 복합재료 적용을 더욱 활성화시킬 것으로 기대되고 있다.
KRISS 권일범 박사는 “사람의 신경망이 통증, 온도, 압력 등을 감지해 느끼게 하는 것처럼 구조물에도 광섬유를 통해 손상을 감지하는 신경망 기술을 개발했다”고 말했다.
이번 연구결과는 복합재료 연구분야 학술지 ‘컴포지트 사이언스 앤 테크놀로지’ 2017년 2월 28일 온라인판에 게재됐다.
/대전=박희윤기자 hypark@sedaily.com
